初中物理人教版九年级全一册22.2核能习题（含解析）

22.2核能
一、选择题
1．2021年1月30日，全球第一台“华龙一号”核电机组福清核电5号机组投入商业运行，标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。下列关于核能的说法正确的是（　　）
A．目前核电站都是通过核裂变反应来利用核能
B．原子核分裂时能释放出电能
C．核反应堆中发生的链式反应是不可控的
D．核能是一种可再生清洁能源
2．下列说法中正确的是（　　）
A．额温枪是利用红外线热效应来工作的
B．手机之间通话是利用光纤传送的
C．核电站是利用核聚变原理来发电的
D．能量是守恒的，不存在能源危机
3．2021年1月，使用中国自主研发核电技术的“华龙一号”5号机组正式投入运行。核反应堆内发生核反应后产生大量的热，使第一回路中的水成为高温高压水后进入蒸汽发生器，在其中将第二回路中的水加热成为高温高压水蒸气，驱动汽轮机运转，汽轮机带动发电机发电。下列说法不正确的是（　　）
A．核反应堆是利用核裂变产生核能的
B．蒸汽发生器内通过热传递改变水的内能
C．汽轮机工作时将机械能转化为内能
D．发电机的工作原理是电磁感应
4．下列关于核能的说法正确的是（　　）
A．核能是二次能源 B．核能是不可再生能源
C．核裂变是不可控的 D．现阶段核聚变是可控的
5．下列说法正确的是（　　）
A．核能是一种可再生能源，可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向
B．能量的转化和转移都是有方向的，转化和转移的过程中能量的总量会减少
C．我们用手机通信，是利用电磁波在传递信息
D．5G比4G传递信息更快，是因为它所用的电磁波的速度更快
6．核能是一种重要的能源，关于核电站，下列说法正确的是（　　）
A．核泄露后产生的核污水仍然具有放射性
B．核电站中不需要蒸汽轮机
C．核反应堆中发生的是不需控制的核裂变
D．核电站将轻核聚变产生的核能最终转化为电能
7．据新华社消息，无视国内国际舆论的质疑和反对，日本政府于4月13日召开有关内阁会议正式决定将福岛第一核电站上百万吨核污水经过滤并稀释后排入大海，排放将于约2年后开始。关于报道中提到的核能发电，下列说法中正确的是（　　）
A．核电站是利用原子核裂变所释放的能量来发电
B．核能是可再生能源
C．核电站可能会造成核污染，所以不要发展核电事业
D．核能来自太阳
8．如果说因为中兴事件，让大家知道发展中国芯是迫在眉睫的事情，那么华为事件，更是让大家意识到了芯片被卡是一件多么严峻的事情。芯片一般是用硅半导体制造的。以下关于信息、能源、材料的说法正确的是（　　）
A．核电站是利用核聚变释放的原子能，最终转化为电能
B．光纤通信的信息传递是靠激光进行的，不是电磁波
C．手机通话是利用超声波传递信息
D．半导体材料可制成二极管、三极管等元件
9．2021年1月30日，全球第一台“华龙一号”核电机组——中核集团福建福清核电5号机组投入商业运行．下列说法正确的是（　　）
A．核燃料发电后产生的废弃物可以按照一般垃圾处理
B．核电站中的能量转化是将核能最终转化为电能
C．核电站是利用核聚变释放能量来发电
D．通过改进科学技术，可以让核电站的能源转化的效率达100%
10．当今世界，能源与信息的重要性无可置疑，关于能源与信息，下列说法正确的是（　　）
A．太阳内部正进行着轻核聚变
B．光纤通信利用电信号来传递信息
C．太阳能、水能、煤炭是可再生能源
D．频率越高的电磁波在空中传播得越快
11．粤港澳大湾区的电力由大亚湾核电站提供，下列关于核能说法正确的是（　　）
A．核反应堆是可控的链式反应装置
B．核能可直接转化为电能
C．核能是可再生能源
D．核能是原子内部的化学反应释放出来的能量
12．2021年1月30日，全球第一台“华龙一号”核电机组——福清核电5号机组投入商业运行，标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。下列关于核能的说法正确的是（　　）
A．利用核能发电是直接将核能转化成电能
B．核能是一种化石能源，属于一次能源
C．核电站的核心设备是反应堆，核反应堆中发生的是链式反应
D．核能是一种可再生能源，可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向
13．人类对核能的开发和利用不断取得新的进展，根据目前的科研水平，你认为下列关于原子弹和核电站的说法正确的是（　　）
A．原子弹对聚变的链式反应不加控制
B．核电站控制裂变的链式反应速度
C．原子弹利用核裂变，核电站利用核聚变
D．原子弹利用核聚变，核电站利用核裂变
14．下列说法正确的是（　　）
A．太阳核心利用核裂变释放能量
B．核电站利用核聚变获取能量
C．原子弹利用核裂变释放能量
D．氢弹利用核裂变释放能量
二、综合题
15．阅读《人造太阳》回答下列的四个问题
太阳内部每时每刻都在发生着核聚变，核聚变释放的能量比核裂变要大的多，而且不会像核裂变那样产生有害的核废料。海水中可以提取大量的核聚变材料氘和氚，如果能够有效利用，那人类的能源危机将被彻底解除。如何让核聚变产生的能量为人所用呢？从第一颗原子弹爆炸，到第一座核裂变电站建成只用了9年。但从第一颗氢弹爆炸到核聚变发电一下子就研究了近70年，至今还在实验室试验阶段。
为什么会这样难呢？要想发生可控核聚变需要满足两个基本条件。
一是要有高温高压的环境。地球上要想让两个轻核聚合在一起，最起码也要5000万摄氏度的温度。这样才能让两个带正电的轻核，具有足够的能量克服相互靠近时的静电斥力。
二是要有一个“容器”将聚变材料“约束”起来。问题是，哪里去找这么个“容器”？要知道，金属中耐高温的扛把子﹣钨，其熔点也不过3410 ℃。5000万摄氏度足以让地球上所有物质变为气体后，成为等离子态。经过研究，科学家发现三种“约束”方式，分别是引力场约束、惯性约束和磁约束。太阳发生的核聚变就是靠自身巨大的质量产生的引力场约束聚变时的等离子体。这个控制原理显然不适合地球上的科学家们，下面我们重点说一说最靠谱、技术最成熟的磁约束核聚变。
托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变复杂的环形容器。图甲中，环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室的外部排列着环向场线圈和极向场线圈。当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加热，再通过辅助加热手段，逐渐达到聚变需要的临界温度。同时，环形真空室中的高温等离子体形成的等离子电流与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域内形成闭合磁笼子，将高温等离子体紧紧约束在真空中，如图乙所示。
理论上讲，想要实现可控核聚变必须使等离子温度达到一亿摄氏度以上，并能稳定运行1000 s以上，才能用于商业运行。图丙是中国的托卡马克装置二号M环流器，它于2020年12月4日14时02分，实现了1亿摄氏度10s的目标。近日，对该装置的升级改造已经完成，正在准备向1亿摄氏度100s的新高峰迈进。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）托卡马克装置中核聚变的原理和我国已经商业运行的核电站中核反应的原理是　 　（选填“相同”或“不同”）的。
（2）发生核聚变时，两个带正电的轻核需要具有很大的动能，以克服它们之间相互作用的静电　 　（选填“吸引”或“排斥”）力，才能发生核融合。
（3）给托卡马克真空室里的等离子体加热称为“点火”。三个线圈中，首先给等离子体“点火”的是　 　线圈。
（4）根据对托卡马克装置及前面的介绍，可以判断出“被加热的高温等离子体”与“真空室的内壁”　 　（选填“是”或“不是”）紧密接触的。
16．人类的发展与进步离不开想象力，所以有了今年票房大卖的科幻片《流浪地球》（图1所示）；同样离不开科学家的智慧与坚持，终于在今年拍到了第一张黑洞的照片（图2所示）；更离不开像凉山大火中牺牲烈士及还在一线救灾的消防战士大无畏的献身精神（图3所示）。
（1）《流浪地球》电影讲到：太阳急速老化，人类想到借助木星的“引力弹弓”，令地球零消耗改变方向、提升速度，最后到达比邻星。太阳急速老化主要是太阳内部发生核　 　（选填“裂变”或“聚变”）；木星的“引力弹弓”能够令地球改变方向、提升速度，这说明力可以改变物体的　 　。
（2）北京时间2019年4月10日晚9时许，包括中国在内，全球多地天文学家同步公布首张黑洞真容。这张黑洞来自于室女座一个巨椭圆星系M87的中心，距离地球5500万光年，质量约为太阳的65亿倍。照片是由事件视界望远镜项目组拍摄，事件视界望远镜（EventHorizonTelescope．EHT）是分布于全球不同地区的8个射电望远镜阵列，在这8座射电望远镜当中，要数阿塔卡马大型毫米波阵（ALMA）最为强大。ALMA造价达14亿美元，是目前最为昂贵的地基望远镜之一。由所学的知识，我们知道1毫米＝　 　米。
（3）2019年3月30日至4月13日，凉山彝族自治州木里县雅砻江镇立尔村、越西县大花乡瑞元村、冕宁县腊窝乡接连发生多起森林火灾。着火点海拔近4000米，火势凶猛，是近年来四川省发生的最严重的森林火灾。ZC﹣3V无人机救灾中发挥巨大的作用，ZC﹣3V无人机在海拔4000米高地轻松起飞，通过搭载30倍变焦的三轴稳定双光光电吊舱，随时拉近查看地面细节以及火势的近景情况，实时通过　 　（选填“超声波”“次声波”或“电磁波”）传回清晰稳定的画面，为现场应急指挥部提供第一手火情资料。ZC﹣3V无人机在上升过程中重力势能不断　 　（选填“增大”或“减小”）。
17．请阅读《“人造太阳”中国环流器2号》并回答第25题。
“人造太阳”中国环流器2号
人类利用核能有核裂变和核聚变两种方式，核裂变和核聚变是完全相反的过程。核裂变存在着反应原料铀等有限、核废料放射性污染等问题，而核聚变是用氢的一种同位素氘作为燃料，氘在自然界中是相当丰富的，在海水中储量极大，1公升海水里提取出的氘，在完全的核聚变反应中可释放相当于燃烧300公升汽油的能量。可控核聚变的产物为氦和中子，不排放有害气体，也几乎没有放射性污染。可控核聚变若能实现发电，将从根本上解决能源短缺的问题。
虽然核聚变有这么多优点，但实现起来非常困难。在地球上利用核聚变能，要求在人工控制条件下等离子体的离子温度达到1亿摄氏度以上。太阳的核心温度大概在1500万度至2000万度，而地球上最耐高温的金属材料钨在3000多度就会熔化。在地球上，没有任何材料可以把1亿度高温的等离子体直接包裹起来。
不过这个问题还是难不倒科学家，他们经过长期探索，想出了用强磁场来约束高温核聚变燃料的办法。现在中国在这方面技术处于世界领先水平，2020年12月4日14时02分，中国环流器二号M装置（HL﹣2M）在成都建成并实现首次放电，如图19所示，环流器2号等离子体离子温度可达到1.5亿度。由于环流器的基本物理原理与太阳内部核反应的机理相同，所以这种装置被形象地称为“人造太阳”。
现在相关的成果都是以短脉冲的形式产生的，每次核聚变反应产生的电持续十几秒钟，只是一闪而过，与反应堆连续运行还有很大的距离。而且未来核聚变反应能否自持仍然需要实验验证，所谓自持就是它发出的能量，可以供应它自身运行所需的能量。而真正的发电厂可是要24小时不间断运行的。只能说现在我们距离“人造太阳”的梦想，又近了一步。
核聚变发电是21世纪正在研究中的重要技术，一旦核聚变的能量被开发和控制，我们就再也不用担心能源耗尽了……永远！
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）太阳内部的核反应是　 　（选填“核聚变”或“核裂变”）。
（2）目前世界各地的核电站都是利用　 　的原理（选填“核聚变”或“核裂变”）。
（3）根据文中信息判断，目前环流器2号产生的能量　 　其运行所需的能量。（选填“大于”、“等于”或“小于”）
（4）请说出一条利用核聚变发电的优点　 　。
参考答案与试题解析
一、选择题
1．【答案】A
【解析】
AB.核电站主要是利用核的裂变进行发电的，其过程是将核能转化为内能，内能对外做功转化为机械能，然后带动发电机发电，机械能再转化为电能，故A正确，B错误；
C.核电站的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控裂变（链式反应）释放能量的，故C错误；
D.核能在地球上的储量是一定的，属于不可再生能源，故D错误。
故选：A。
2．【答案】A
【解析】A.额温枪是利用红外线热效应来工作的，故A正确；
B.手机之间通话是利用电磁波传送的，故B错误；
C.核电站是利用核裂变原理来发电的，故C错误；
D.能量是守恒的，但存在能源危机，故D错误。
故选：A。
3．【答案】C
【解析】A.核反应堆是利用核裂变产生核能的，故A正确；
B.蒸汽发生器是通过热传递的方式改变水的内能的，故B正确；
C.汽轮机是热机，使用时将内能转化为机械能的装置，故C错误；
D.闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，这是电磁感应现象，是发电机的工作原理，故D正确。
故选：C。
4．【答案】B
【解析】A.二次能源是指无法从自然界直接获取，必须经过一次能源的消耗才能得到的能源，如电能等。核能可以从自然界直接获取，是一次能源，故A错误；
B.不可再生能源指的是不能在短期内从自然界得到补充的能源，核能不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，故B正确；
C.核反应分为核裂变和核聚变，人类可以通过可控核裂变制造核电站，故C错误；
D.现阶段人类尚未掌握可控核聚变，只掌握了可控核裂变，故D错误。
故选：B。
5．【答案】C
【解析】A.核能在地球上的储量是一定的，属于不可再生能源，而可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向，故A错误；
B.能量的转化和转移都是有方向的，但是转移和转化过程中总量保持不变，故B错误；
C.手机既可以发射电磁波，也可以接收电磁波，手机通信是利用电磁波来传递信息的，故C正确；
D.5G 和 4G 技术使用的电磁波在真空中传播速度都一样，都为3×108m/s，故D错误。
故选：C。
6．【答案】A
【解析】A.核泄露后产生的核污水仍然具有放射性，不能当作生活垃圾来处理，故A正确；
BCD.核能发电时，利用可控的核裂变释放的内能来加热水，用水产生的高温、高压蒸汽作为动力，推动蒸汽涡轮机转动，从而带动发电机发电的，故BCD错误。
故选：A。
7．【答案】A
【解析】A.核能发电站是通过核燃料发生核裂变的方式发电，而目前还不能有效利用核聚变发电，故A正确。
B.核能发电站是通过核燃料发生核裂变的方式，将核能转化为电能．由于核燃料是有限的，所以核能属于不可再生能源，故B错误；
C.核电站是一种高能量、少耗料的电站，采取有效措施是可以防止核事故产生的，故C错误；
D.核能是指原子核分裂或聚合时释放的能量，不是来自太阳的能量，故D错误。
故选：A。
8．【答案】D
【解析】A.核电站是利用核裂变来释放能量的，不是利用核聚变，故A错误；
B.光也是一种电磁波，所以光导纤维利用光的反射传输信息，是电磁波，故B错误；
C.手机就是利用电磁波的发射和接收来实现信息传递的，故C错误；
D.二极管、三极管都是半导体材料锗、硅等制作而成的，故D正确。
故选：D。
9．【答案】B
【解析】A.核燃料发电后产生的废弃物具有极强放射性，一旦处理不当，就很可能对环境生命产生致命的影响，因此不可以按照一般垃圾处理，故A错误；
B.核电站先将核能转化为内能，再通过汽轮机将内能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能，故B正确；
C.核电站是利用核裂变来释放能量的，不是利用核聚变，故C错误；
D.不论科学技术怎么发展，在利用能量做功的同时，由于机械摩擦、废气等因素影响，都要消耗能量，因此核电站的能源转化的效率不可能达到100%，故D错误。
故选：B。
10．【答案】A
【解析】A.太阳内部进行着轻核聚变，由氢原子核聚变成氦原子核，释放出核能，故A正确；
B.光导纤维是利用激光传递信息的，不是应用电信号，故B错误；
C.风能、水能、太阳能可以在自然界源源不断地得到，都是可再生能源，但煤炭一旦消耗短时间无法得到补充，属不可再生能源，故C错误；
D.电磁波在空气中的传播速度为一定值，与频率大小无关，频率越高的电磁波，其波长越短，但波速不变，故D错误。
故选：A。
11．【答案】A
【解析】AB.核电站的核心是核反应堆，它以铀为核燃料，核反应堆中发生的核裂变反应是可以控制的；核能会先转化为内能，然后内能对外做功，机械能转化为电能，故A正确，B错误；
C.核能是不可再生能源，故C错误；
D.核电机组发电的过程是将核裂变产生的核能，不是原子内部的化学反应释放出来的能量，故D错误。
故选：A。
12．【答案】C
【解析】A.核电站主要是利用核的裂变进行发电的，其过程是将核能转化为内能，内能对外做功转化为机械能，然后带动发电机发电，机械能再转化为电能，故A错误；
B.核能不是一种化石能源；核能可以直接从自然界获取，是一次能源，故B错误；
C.核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的。核电站的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控裂变（链式反应）释放能量的，故C正确；
D.核能在地球上的储量是一定的，属于不可再生能源，而可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向，故D错误。
故选：C。
13．【答案】B
【解析】原子弹及核电站都是利用了重核的裂变，但原子弹是让核能瞬间释放，不加以控制，而核电站通过吸收中子而控制反应速度，从而使能量缓慢释放；
A.原子弹是利用的核裂变，在反应过程中不加控制让能量瞬间释放，故A错误；
B.核电站通过对中子的控制来控制裂变的链式发应速度，故B正确。
C.原子弹和核电站都是利用的核裂变，故C错误；
D.原子弹应用的是核裂变不是核聚变，故D错误；
故选：B。
14．【答案】
【解析】核能分为核裂变能和核聚变能两种。核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的。原子弹是利用裂变的链式反应中能在极短时间内释放出巨大能量的原理制成的；而氢弹则是利用轻核的聚变制成的。自然界除了人为的聚变反应外，太阳和许多恒星内部都进行着大规模的聚变反应，并以光和热的形式将核能辐射出来。
故选：C。
二、综合题
15．【答案】（1）不同；（2）排斥；（3）欧姆；（4）不是。
【解析】（1）我过已经商业运行的核电站利用的是核裂变原理，托卡马克装置利用的是核聚变原理，故它们的原理是不同的。
（2）发生核聚变时，两个轻核带正电，它们带同种电荷，根据同种电荷相互排斥的原理可知，它们需要有很大的动能，才能克服它们之间的经典排斥力，才能发生核融合。
（3）通过原文“当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加热，再通过辅助加热手段，逐渐达到聚变需要的临界温度”可知，首先“点火”的是欧姆线圈。
（4）核聚变的发生至少需要5000万摄氏度的温度，而目前已知材料都无法承受如此高温，因此“被加热的高温等离子体”与“真空室的内壁”不是紧密接触的。
故答案为：（1）不同；（2）排斥；（3）欧姆；（4）不是。
16．【答案】（1）聚变；运动状态；（2）10﹣3；（3）电磁波；增大。
【解析】（1）在太阳内部，氢原子核在超高温作用下发生聚变，释放巨大的核能；
（2）1米＝1000毫米，1毫米＝10﹣3米；
（3）无人机在海拔4000米高地轻松起飞，通过搭载30倍变焦的三轴稳定双光光电吊舱，随时拉近查看地面细节以及火势的近景情况，实时通过电磁波传回清晰稳定的画面，无人机在上升过程中高度不断增加重力势能不断增大。
故答案为：（1）聚变；运动状态；（2）10﹣3；（3）电磁波；增大。
17．【答案】（1）核聚变；（2）核裂变；（3）小于；（4）不排放有害气体，几乎没有放射性污染。
【解析】（1）太阳内部的核反应是核聚变；
（2）核电站都是利用核裂变的原理；
（3）由题目里提示的内容可知，目前环流器2号产生的能量小于其运行所需的能量；
（4）不排放有害气体，几乎没有放射性污染。
故答案为：（1）核聚变；（2）核裂变；（3）小于；（4）不排放有害气体，几乎没有放射性污染。
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